第五章 半导体存储器
《半导体存储器》课件
嵌入式系统中的应用
半导体存储器广泛应用于 嵌入式系统，如智能家居、 汽车电子和工业控制。
计算机内存
半导体存储器是计算机主 存储器的重要组成部分， 用于临时存储数据和程序。
智能手机内存
手机内存运行应用程序和 存储数据，半导体存储器 提供了高速和可靠的数据 存取。
未来半导体存储器的发展方向
1 3D垂直存储器
《半导体存储器》PPT课 件
半导体存储器PPT课件大纲
什么是半导体存储器？
半导体存储器定义
半导体存储器是指使用半导体材料制造的存储器，它可以将数据存储在芯片内部的电子元件 中。
存储器的分类
常见的半导体存储器包括静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）和 闪存存储器。
常见的半导体存储器
通过增加垂直堆叠层数来增加存储容量，提高存储密度和性能。
2 非易失性存储器
开发更加稳定和可靠的非易失性存储器，提供更长久的数据存储和保护。
3 全新器件技术
研发新型的器件结构和材料，以满足不断增长的存储需求和更高的速度要求。
总结
半导体存储器的重要性
半导体存储器在现代计算和通信领域发挥着关键作用，对技术和社会的发展产生积极影响。
静态随机存取存储器 （SRAM）
SRAM具有快速读写速度和较 短的访问时间，适用于高性 能的应用。
动态随机存取存储器 （DRAM）
DRAM具有较大的存储容量和 较低的成本，广泛应用于个 人电脑和服务器。
闪存存储器
闪存存储器具有非易失性和 较高的耐用性，适用于便携 设备的存储需求。
半导体存储器的工作原理
1
SRAM的工作原理
SRAM使用触发器实现数据的存储和读取，具有较快的访问速度和数据保持能力。
第五章-半导体存储器及其接口PPT课件
一. SRAM的接口特性 三. EPR0M的接口特性 五. 存储器片选控制方法
二.SRAM与CPU的连接方法 四. EPR0M与CPU的连接方法 - 六. 存储器与CPU连接时应注意的1 问题
第一节 概
述
一、存储器的分类
按在系统中的地位
主存储器：存放当前运行所需信息。速度快， 容量小，价格高。
辅助存储器：存放当前暂不参与运行的文件、 数据。 容量大、价格低、速度慢。
0BFFFH
0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00
0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11
系统片
6264地址线13根
选译码
存储器片内译码
-
16
A0～A12
A13 A14 A15 A16～A19
8088 主控板
MEMW MEMR D0～D7
A0~A11 2732
D0~D7
2732逻辑关系图
CE
OE/Vpp
CE
Vcc
0
GND 0
0
0
A7
A6
A5 A4
A3
A2 A1
2732
A0
IO 0
IO 1
IO 2 GND
2732引脚排列图
Vcc A8 A9 A11
O E /V p p A10 CE IO 7 IO 6
IO 5 IO 4 IO 3
OE/Vpp 0 1
掩膜ROM
EEPROM
FIFO（先进先出）用于队列电路和多级缓冲寄存器
CCD(电荷耦合器件)以串行方式工作,存取时间与位置有关
MBM(磁泡存储器）
半导体存储器的特点：
微机原理第五章 存储器
（00000H~007FFH）
A11
CPU
A19
…
A0~A10
6116 CS
2）部分译码法 系统总线中的地址总线除片内地址外，部分高位地址（不是
全部高位地址）接到片外译码电路中参加译码，形成片选信号。 因此对应于存储芯片中的单元可有多个地址 。
（二）内存与CPU连接时的速度匹配
对CPU来说，读/写存储器的操作都有固定的时序（对8086 来说需要4个时钟周期），由此也就决定了对内存的存取速 度要求。
（三）内存容量的配置、地址分配 1. 内存容量配置
• CPU寻址能力（地址总线的条数） 软件的大小（对于通用计算机，这项不作为主要因素）
2. 区域的分配 RAM ROM 3. 数据组织 （按字节组织） 16位数据，低位字节在前，高位字节在后，存储器奇偶分体 （四）存储器芯片选择 根据微机系统对主存储器的容量和速度以及所存放程序的不同等 方面的要求来确定存储器芯片。它包括芯片型号和容量的选择。
24V
S
SiO2 G
D
字线
Vcc 位 线 输 出
P+ + + P+ N衬底
浮栅MOS
位
D
线
浮栅管
S
特点： 1）只读， 失电后信息不丢失 2）紫外线光照后，可擦除信息， 3）信息擦除可重新灌入新的信息（程序） 典型芯片（27XX） 2716（2K×8位），2764（8K ×8位）……
D0 D8
CE
址
线
存储体
启动
控制逻辑 控制线
读 写
数 据 CPU
电寄
路存
器数
片上计算机系统05-存储器
只读存储器（Read Only Memory）
– 非易失性 – 掩膜型只读存储器（ROM）、可编程只读存 储器（PROM）、可擦除可编程只读存储器 （EPROM）、电可擦除可编程只读存储器 （EEPROM）、闪速存储器（Flash Memory） 紫外线接收窗
一、存储器分类
1、按存储介质分类
– 半导体存储器：TTL、MOS – 磁表面存储器：磁盘、磁带、磁鼓 – 磁芯存储器：硬磁材料的环状元件 – 光盘存储器：激光、磁光
易失
体积小、功耗低、存取时间短、易失性。
非 易 失
2、按数据保存方式分类
随机存储器（Random Access Memory）
– 易失性 – 静态随机存储器、动态随机存储器
地址空间
逻辑地址 物理地址 虚地址（逻辑地址）：程序员编程时采用 0 1 2 3 4 5 6 7
的地址（相对地址），地址空间大于实际 MOV AX, #4 20 MOV AX, #4 主存。 MOV BX, #2 21 MOV BX, #2 MOV CX, #6 实地址（物理地址）：主存的实际地址 22 MOV CX, #6 JMP 6 23 JMP 26 AND AX, #23 虚 硬件：MMU 实 24 AND AX, #23 AND BX, #22 地 地 软件： OS 25 AND BX, #22 MOV DX,址 #3 址MOV DX, #3 26 SUB DX, AX 27 SUB DX, AX
3、按数据存取方式分类
直接访问：
– 访问时间不随访问位置而变化。 – 内存
串行访问：
– 访问时间随访问位置而变化。 – 磁带（顺序访问）
[工学]第5章 半导体存储器
![[工学]第5章 半导体存储器](https://img.taocdn.com/s3/m/cb606c1b1711cc7931b716dd.png)
h （8-22）
RAM2114、2116的管脚图
A6 A5 A4 A3 A0 A1 A2
CS GND
1
18 VCC
2
17 A7
3
16 A8
4
15 A9
5
14 D0
6
13 D1
7
12 D2
8
11 D3
9
10 R / W
RAM 2114 管脚图
A7 A6
A5 A4 A3
A2 A1 A0 D0 D1 D2
存储器位扩展：数据位数扩展，地址字数不变；
存储器字扩展：地址字数扩展，数据位数不变。
h （8-5）
§5.2 只读存储器( ROM )
只读存储器，工作时其存储的内容固定不变。因此， 只能读出，不能随时写入。 5.2.1 ROM的基本结构及工作原理 基本结构:地址译码器、存储矩阵和输出电路
h （8-6）
W0 W1 W2 W3 A1
1 A0
1
D3 D2 D1 D0
h （8-9）
缺点
h （8-10）
使用 MOS 管的ROM：字线和位线间有 MOS 管的单元存 储 “1”，无 MOS 管的单元存储 “0”。
h （8-11）
固定 ROM:其存储单元中的内容在出厂时已被 完全固定下来，使用时不能变动。
h （8-14）
ROM实现组合逻辑函数
W0 W1 W2 W3 A1
1
A0 1
地址 内容
A1 A0 00 01 10 11
D3 D2 D1 D0 01 01 10 11 0100 1110
D3
D3A1A0A1A0
D2
五章存储器ppt课件
A0～ A10
CS 6116 WE ④ D7～ D0
第5章 半导体存储器
部分译码法
第5章 半导体存储器
线选法
线选法是指高位地址线不经过译码，直接作为存 储芯片旳片选信号。
每根高位地址线接一块芯片，用低位地址线实现 片内寻址。
线选法旳优点是构造简朴，缺陷是地址空间挥霍 大，整个存储器地址空间不连续，而且因为部分 地址线未参加译码，还会出现地址重叠
第5章 半导体存储器
存储器容量扩充
位数扩充
A9～A0 片选
D7～D4 D3～D0
第5章 半导体存储器
A9～A0
CE
2114
A9～A0 CE 2114
（2） I/O4～I/O1
（1）
I/O4～I/O1
存储器容量扩充
单元数扩充
0000000001
译码器
A19～A10
0000000000
片选端
CE （1）
CS 6116 WE ④ D7～ D0
第5章 半导体存储器
全译码法
第5章 半导体存储器
部分译码法
部分译码法是将高位地址线中旳一部分（而不是 全部）进行译码，产生片选信号。
该措施常用于不需要全部地址空间旳寻址能力， 但采用线选法地址线又不够用旳情况。
采用部分译码法时，因为未参加译码旳高位地址 与存储器地址无关，所以存在地址重叠问题。
间 tRH :地址无效后数据应保持旳时间 tOH :OE*结束后数据应保持旳时间
第5章 半导体存储器
SRAM写时序
第5章 半导体存储器
SRAM写时序
TWC :写周期时间 tAW :地址有效到片选信号失效旳间隔时间 TWB :写信号撤消后地址应保持旳时间 TCW :片选信号有效宽度 TAS :地址有效到WE*最早有效时间 tWP :写信号有效时间 T时W间HZ :写信号有效到写入数据有效所允许旳最大 TDW :写信号结束之前写入数据有效旳最小时间 TDH :写信号结束之后写入数据应保持旳时间
第五章微机原理课后习题参考答案
习题五一. 思考题⒈半导体存储器主要分为哪几类？简述它们的用途和区别。
答：按照存取方式分，半导体存储器主要分为随机存取存储器RAM（包括静态RAM和动态RAM）和只读存储器ROM（包括掩膜只读存储器，可编程只读存储器，可擦除只读存储器和电可擦除只读存储器）。
RAM在程序执行过程中，能够通过指令随机地对其中每个存储单元进行读\写操作。
一般来说，RAM中存储的信息在断电后会丢失，是一种易失性存储器；但目前也有一些RAM 芯片，由于内部带有电池，断电后信息不会丢失，具有非易失性。
RAM的用途主要是用来存放原始数据，中间结果或程序，与CPU或外部设备交换信息。
而ROM在微机系统运行过程中，只能对其进行读操作，不能随机地进行写操作。
断电后ROM中的信息不会消失，具有非易失性。
ROM通常用来存放相对固定不变的程序、汉字字型库、字符及图形符号等。
根据制造工艺的不同，随机读写存储器RAM主要有双极型和MOS型两类。
双极型存储器具有存取速度快、集成度较低、功耗较大、成本较高等特点，适用于对速度要求较高的高速缓冲存储器；MOS型存储器具有集成度高、功耗低、价格便宜等特点，适用于内存储器。
⒉存储芯片结构由哪几部分组成？简述各部分的主要功能。
答：存储芯片通常由存储体、地址寄存器、地址译码器、数据寄存器、读\写驱动电路及控制电路等部分组成。
存储体是存储器芯片的核心，它由多个基本存储单元组成，每个基本存储单元可存储一位二进制信息，具有0和1两种状态。
每个存储单元有一个唯一的地址，供CPU访问。
地址寄存器用来存放CPU访问的存储单元地址，该地址经地址译码器译码后选中芯片内某个指定的存储单元。
通常在微机中，访问地址由地址锁存器提供，存储单元地址由地址锁存器输出后，经地址总线送到存储器芯片内直接进行译码。
地址译码器的作用就是用来接收CPU送来的地址信号并对它进行存储芯片内部的“译码”，选择与此地址相对应的存储单元，以便对该单元进行读\写操作。
《半导体存储器》课件
制造设备
用于将掺杂剂引入硅片。
用于在硅片上生长单晶层 。
掺杂设备 外延生长设备
用于切割硅片。
晶圆切割机
制造设备
光刻机
用于将电路图形转移到硅片上。
刻蚀机
用于刻蚀硅片表面。
镀膜与去胶设备
用于在硅片表面形成金属层或介质层，并去 除光刻胶。
测试与封装设备
用于对芯片进行电气性能测试和封装成最终 产品。
分类
根据存储方式，半导体存储器可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ ROM）。
历史与发展
1 2 3
早期阶段
20世纪50年代，半导体存储器开始出现，以晶 体管为基础。
发展阶段
随着技术的进步，20世纪70年代出现了动态随 机存取存储器（DRAM）和静态随机存取存储器 （SRAM）。
当前状况
现代半导体存储器已经广泛应用于计算机、移动 设备、数据中心等领域。
物联网和边缘计算
在物联网和边缘计算领域应用半导体存储器，实现高 效的数据存储和传输。
CHAPTER
05
案例分析：不同类型半导体存 储器的应用场景
DRAM的应用场景
01
DRAM（动态随机存取存储器）是一种常用的半导体存储器，广泛应 用于计算机和服务器等领域。
02
由于其高速读写性能和低成本，DRAM被用作主内存，为CPU提供快 速的数据存取。
外延生长
在硅片上生长一层或多 层所需材料的单晶层。
掺杂
通过扩散或离子注入等 方法，将掺杂剂引入硅 片。
制造流程
01
光刻
利用光刻胶将电路图形转移到硅片 上。
镀膜与去胶
在硅片表面形成金属层或介质层， 并去除光刻胶。
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第五章半导体存储器
一、简答题
1、存储器是如何分类的？内存和外存各有什么特点？
2、RAM和ROM 各有何特点？静态RAM和动态RAM 各有何特点？
3、如何判断有无地址重叠？有地址重叠时会出现什么问题？软件上应如何配合？
4、若存储空间的首地址为1000H，写出存储器容量分别为1K×8，2K×8，4K×8和8K×8位时所对应的末地址。
试确定每一片存储器的寻址范围。
5、外部存储器和内部存储器各有什么特点？用途如何？
[解答] 微型计算机中存储器分为外部存储器和内部存储器。
外存容量大，但存取速度慢，且cpu使用外存信息时需先把信息送到内存中。
内存容量小，存取速度快，其信息cpu可直接使用，故外存存放相对来说不经常使用的程序和数据。
另外，外存总是和某个外部设备有关。
内存容纳当前正在使用的或者经常使用的程序和数据。
6、什么是直接寻址范围？地址线的多少与它有什么关系？
[解答] 直接寻址范围就是利用地址线可寻址的最大地址范围，以地址线的位数为指数，以2为底数的幂为最大直接寻址范围。
7、根据你对CPU和各种存储器的了解，一个微型计算机是如何开始工作的？[解答] 计算机工作时，一般先由ROM中的引导程序，启动系统，再从外存中读取系统程序和应用程序，送到内存的RAM中。
在程序的运行过程中，中间结果一般放在内存RAM中，程序结束时，又将结果送到外存。
8、存储器的存取时间是什么意思？它在系统设计时有什么实际意义？
[解答] 存储器的存取时间是指存储器接收到稳定的地址输入到完成操作的时间，系统设计时可以据此考虑数据传输、总线的选择和时序安排。
9、动态RAM为什么要进行刷新？刷新过程和读操作比较有什么差别？
[解答] 不管是哪一种动态RAM，都是利用电容存储电荷的原理来保存信息的，由于电容会逐渐放电，所以，对动态RAM必须不断进行读出和再写入，以使泄放的电荷受到补充，也就是进行刷新。
在温度上升时，电容的放电会加快，所以两次刷新间的间隔是随温度而变化的，一般为1---100ms.在70摄氏度情况下，典型的刷新时间间隔为2ms。
虽然进行一次读写操作实际上也进行刷新，但是，由
于读写操作本身具有随机性，所以，并不能保证所有的RAM单元都在2ms中通过正常的读写操作来刷新,由此,专门安排了存储刷新周期完成对动态RAM的刷新。
10、EPROM是写入和读出时所加的信号和电压有什么不同？
[解答] EPROM读出时，Vpp.Vcc接5v电压，芯片允许信号CE必须在地址稳定以后有效，才能保证读得所需单元的数据。
写入即编程方式下，Vcc仍加5v电压，但Vpp按厂家要求加上21~25v的电压，必须在地址和数据稳定之后，才能加上编程脉冲。
11、计算机的内存有什么特点？内存由哪两部分组成？外存一般是指哪些设备？外存有什么特点？
[解答] 内存特点：快速存取，容量受限制。
内存分为RAM和ROM。
外存有软盘、硬盘、盒式磁带和光盘。
外存特点：大容量，所存信息既可修改又可保存，但外存速度比较慢，要配置专用设备。
12、在选择存储器件时，最重要的考虑因素是什么？此外还应考虑那些因素？[解答] 最重要的因素是位容量。
此外，还应考虑易失性、只读性、速度、功耗、可靠性、价格等。
13、什么叫静态RAM？静态RAM有什么特点？
[解答] 不需要进行周期性刷新的既可读又可写的存储器。
其特点如下：（1）优点：不需要进行刷新，简化了外部电路。
（2）缺点：①静态RAM基本存储电路中包含的管子数目比较多，导致一个器件的位容量比采用类似设计方法的非静态RAM要少。
②静态RAM基本存储电路中2个交叉耦合的管子总有1个处于导通状态，所以会持续地消耗功率，导致静态RAM的功耗比较大。
14、动态RAM工作时有什么特点？和静态RAM比较，动态RAM有什么长处？有什么不足之处？动态RAM一般用什么场合？
[解答] ㈠动态RAM工作时，每隔一定的时间就要进行全面的刷新。
㈡和静态RAM 相比，动态RAM有以下长处：①高位密度；②低功耗特性；③价格低廉。
㈢不足之处：在刷新周期中，内存模块不能启动读周期或写周期，即要等刷新周期完成之后，才能启动读周期或写周期。
㈣动态RAM一般用于内存模块。
15、8086在对存储器进行操作时，有什么特点？画出8086系统在读周期和写周期的工作时序。
[解答] 8086CPU和存储器是用分时方式通过20位的地址/状态/数据总线以及控制线互相联系的。
CPU的总线周期由4个时钟周期组成。
如果8086的主频采用5MHZ，则1个时钟周期为200NS。
将每个时钟周期称为1个T状态，所以，最小的总线周期由T1~T4这4个状态组成。
如果存储器速度比较慢，CPU就会根据存储器送来的"未准备好"信号，在T3状态后面插入等待状态TW，从而延长总线周期。
16、ROM、PROM、EPROM分别用在什么场合？
[解答] ROM适合于固化成熟的固定程序和数据。
PROM适用于需要对存储器进行编程的地方。
EPROM适用于需要用电信号对存储器中的内容进行在线清除和修改的地方。
三、分析题
1 设计一片容量为32K×8B的EPROM芯片与8088 CPU的连接。
写出此EPROM芯片所占地址空间（设起始地址20000H）。
2 试设计62256（32K×8B）与8088 CPU相连接，绘出连线图，设起始地址为40000H。
3 存储器设计
已知RAM芯片结构如图所示，试回答如下问题：
（１）若要求构成一个８Kⅹ8的RAM阵列，则需几片这样的芯片？若RAM阵列组的起始地址为E100H，试写出每块RAM芯片的地址空间
（２）若采用全地址译码方式译码，试画出存储器系统电路连接图；
（３）试编程：将55H写满每个芯片，而后再逐个单元读出做比较，若有错，则使CL=FFH,若全部正确，则使CL=77H。
[解答] (1)需4片,分为2个芯片组, 芯片组1( #0、#2)的地址空间为：E1000H ～E1FFFH；芯片组2（ #1、#3）的地址空间为：E2000H～E2FFFH.
(3)填写内存的程序如下:
MOV AX, 0E100H
MOV DS, AX ;给数据段、附加数据段寄存器赋初值
MOV ES, AX
MOV DI, O
CLD
MOV CX, 2000H ;循环计数器赋初值
MOV AL, 55H
REP STOSB ;充填
MOV DI, 0
MOV CX, 2000H
REPZ SCASB ;扫描比较
JNZ NEXT
MOV CL, 77H ;正确
JMP EXIT
NEXT: MOV CL,FFH ;出错
EXIT: HLT
4 某微机系统有１６根地址线A15～A0和８根数据线D7～D0，其存储器由两片ＳＲＡＭ芯片＃１和＃２组成如下图所示，为简化起见图中未画出全部控制信号线，本题中地址线Ａ１５和Ａ１４未用，按照它们均等于０来计算。
写出芯片＃１和＃２各自的寻址范围（注意：两者的寻址范围不可重叠）以及系统的总存储
容量。